박재근 한양대학교 전자통신공학부 교수
메모리반도체는 컴퓨터에서 마이크로프로세서가 신속하게 이용할 수 있도록 명령어와 데이터를 전자적 방법으로 저장하는 장소로, 저장한 정보를 읽고 쓸 수 있는 주기억장치다. 우리가 일상생활에서 흔히 사용하는 메모리는 D램과 플래시메모리로 구분되며, 삼성전자와 하이닉스반도체가 1994년 이후 세계 시장점유율 1위를 유지하고 있다.
2009년 메모리반도체 세계 시장은 총 399억9000만달러로, 이 가운데 D램이 227억달러, 플래시메모리가 181억9000만달러 시장을 이루고있다. 작년 메모리 시장은 2007년부터 시작된 불황이 2년간 진행되면서 전년대비 약 3.4% 감소했지만, 2010년에는 윈도7 출시와 DDR3, DDR4로 급속한 전환에 따라 579억달러로 성장하고, 2011년까지 연평균 21% 성장할 것으로 예상된다. 특히 플래시메모리 시장이 비약적으로 성장할 전망이다.
현재 D램 기술은 2013년까지 요구되는 30나노 이하의 집적도 구현을 위해 기존 평면구조에서 탈피해 함몰구조, 3차원 구조 소자로 전환하는 연구와 저전력화, 고속화 연구가 가속화하고 있다. 그러나 회로선폭이 30나노 이하로 축소되면 D램에서 전하를 저장하는 커패시터의 구조적 문제로 집적도에서 한계를 보이고 있다. 따라서 이 한계를 극복할 수 있는 포스트 D램 개발이 진행중이며, 포스트 D램 후보 소자로 자화반전메모리(STT-M램)와 커패시터가 없는 무 커패시터(ZRAM) 메모리가 개발 중이다.
플래시 메모리 기술은 저장 용량을 높이기 위해 삼성전자, 도시바, 하이닉스 등이 20나노 기술경쟁력을 앞다퉈 확보하고 있으나, 소자크기가 20나노 이하로 축소되면 전하를 저장하는 폴리실리콘 물질(트랜지스터)간 동작간섭 현상이 발생해 집적도 구현에 한계를 보이고 있다. 이 때문에 세계적으로 산업계ㆍ학계ㆍ연구소에서는 상변화메모리(P램), 저항변화메모리(Re램), 유기메모리 개발이 한창이며, 이를 위해 신재료, 소자구조, 공정의 원천 기술 개발을 진행중이다. 특히 집적도 한계를 극복하기 위한 차세대 메모리는 전원을 끄면 정보가 사라지는 D램의 휘발성 문제가 없고, D램처럼 빠른 처리 속도의 장점과 플래시메모리의 대용량 정보를 저장 할 수 있는 장점을 결합해 초고속(나노초의 응답속도), 초집적화(64기가비트 이상), 초저전력(마이크로 암패어) 특성을 요구하고 있기 때문에 세계 각국 연구자들은 이런 특성을 충족시킬 수 있는 재료, 소자구조, 공정기술에 관한 핵심 원천기술 확보에 박차를 가하고 있다.
일본은 정부 사업으로 2007년부터 5년간 51억엔을 지원해 동북대, 도시바 등 산ㆍ학ㆍ연 공동으로 `차세대 고성능, 초저소비전력 스핀 디바이스(spin-device) 기반기술' 개발에 박차를 가하고 있다. 미국은 다프라(DAPRA) 프로젝트로 기업체에 4년간 1500만달러를 지원해 `STT-M램 원천기술'을 산ㆍ학ㆍ연 공동으로 개발중이다. 유럽연합(EU)에서도 정부출연 연구소(CEA)와 기업체에서 STT-M램, P램, Re램 등에 관련된 재료와 소자 원천기술을 집중적으로 연구중이다. 우리나라도 2004년부터 7년간 개발사업으로 한양대 차세대메모리개발사업단에서 전국 대학과 연구소의 반도체전문가가 모여 차세대플래시메모리 후보인 P램, Re램, 유기메모리 소자와 재료를 개발 중이며, 2009년부터 4년간 사업으로 수직형 STT-M램 개발을 수행 중이다.
차세대메모리를 둘러싼 치열한 세계 경쟁에서 우리나라가 주도권을 잡기 위해서는 먼저 여러 가능성이 있는 모든 후보 메모리 소자의 재료, 소자구조, 공정기술에 대한 핵심 원천기술을 확보해야 한다. 우리 기업은 미국 인텔, 일본 도시바 등에 매년 1조원 이상의 원천기술 특허료를 지불하고 있다. 핵심 원천 기술 확보를 위해선 대기업-대기업 공동 원천기술개발 프로젝트를 토대로 산ㆍ학ㆍ연이 공동 수행하는 연구체계가 필요하다. 대학과 연구소에서 여러 후보 메모리 소자의 신재료, 소자, 공정 기술에 대한 원천기술을 개발하고, 기업은 대학과 연구소에서 개발한 원천기술을 토대로 상용화 검증연구를 수행해 원천 특허 기술을 확보해야 한다.또 대기업-대기업 공동 산ㆍ학ㆍ연 산업원천기술개발 사업에 기업들이 적극 참여할 수 있게 하려면 정부의 제도 지원이 필요하다. 차세대 후보 메모리 소자에 대해 대학과 연구소에서 개발했다고 해도 기업이 상용화 단계에서 시장에서 요구하는 신뢰성을 확보하지 못하면 상품화하지 못하는 경우도 종종 발생한다.차세대 메모리 사업은 고위험, 고수익 사업이다. 따라서 기업이 상용화에 성공하면 기술료를 지불토록 하고, 상용화에 실패할 경우엔 기술료 징수를 면제해 주는 탄력적 `기술료 비징수 제도'가 필요하다.
또 정부 주도 아래 국제 공동연구가 추진돼야 하고, 국제 표준화 주도권도 잡아야 한다. 국제 연구기관간 공동 연구를 민간 기업이 주도할 수 없기 때문에 정부가 앞장서 타 국가와 공동연구 사업을 발굴하고, 재정을 지원해야 한다. 국내 산ㆍ학ㆍ연 차세대메모리 표준화 위원회를 구성하고, 국제적 차세대메모리 컨소시엄을 구성하는데 정부가 앞장서야 한다.
2009년 메모리반도체 세계 시장은 총 399억9000만달러로, 이 가운데 D램이 227억달러, 플래시메모리가 181억9000만달러 시장을 이루고있다. 작년 메모리 시장은 2007년부터 시작된 불황이 2년간 진행되면서 전년대비 약 3.4% 감소했지만, 2010년에는 윈도7 출시와 DDR3, DDR4로 급속한 전환에 따라 579억달러로 성장하고, 2011년까지 연평균 21% 성장할 것으로 예상된다. 특히 플래시메모리 시장이 비약적으로 성장할 전망이다.
현재 D램 기술은 2013년까지 요구되는 30나노 이하의 집적도 구현을 위해 기존 평면구조에서 탈피해 함몰구조, 3차원 구조 소자로 전환하는 연구와 저전력화, 고속화 연구가 가속화하고 있다. 그러나 회로선폭이 30나노 이하로 축소되면 D램에서 전하를 저장하는 커패시터의 구조적 문제로 집적도에서 한계를 보이고 있다. 따라서 이 한계를 극복할 수 있는 포스트 D램 개발이 진행중이며, 포스트 D램 후보 소자로 자화반전메모리(STT-M램)와 커패시터가 없는 무 커패시터(ZRAM) 메모리가 개발 중이다.
플래시 메모리 기술은 저장 용량을 높이기 위해 삼성전자, 도시바, 하이닉스 등이 20나노 기술경쟁력을 앞다퉈 확보하고 있으나, 소자크기가 20나노 이하로 축소되면 전하를 저장하는 폴리실리콘 물질(트랜지스터)간 동작간섭 현상이 발생해 집적도 구현에 한계를 보이고 있다. 이 때문에 세계적으로 산업계ㆍ학계ㆍ연구소에서는 상변화메모리(P램), 저항변화메모리(Re램), 유기메모리 개발이 한창이며, 이를 위해 신재료, 소자구조, 공정의 원천 기술 개발을 진행중이다. 특히 집적도 한계를 극복하기 위한 차세대 메모리는 전원을 끄면 정보가 사라지는 D램의 휘발성 문제가 없고, D램처럼 빠른 처리 속도의 장점과 플래시메모리의 대용량 정보를 저장 할 수 있는 장점을 결합해 초고속(나노초의 응답속도), 초집적화(64기가비트 이상), 초저전력(마이크로 암패어) 특성을 요구하고 있기 때문에 세계 각국 연구자들은 이런 특성을 충족시킬 수 있는 재료, 소자구조, 공정기술에 관한 핵심 원천기술 확보에 박차를 가하고 있다.
일본은 정부 사업으로 2007년부터 5년간 51억엔을 지원해 동북대, 도시바 등 산ㆍ학ㆍ연 공동으로 `차세대 고성능, 초저소비전력 스핀 디바이스(spin-device) 기반기술' 개발에 박차를 가하고 있다. 미국은 다프라(DAPRA) 프로젝트로 기업체에 4년간 1500만달러를 지원해 `STT-M램 원천기술'을 산ㆍ학ㆍ연 공동으로 개발중이다. 유럽연합(EU)에서도 정부출연 연구소(CEA)와 기업체에서 STT-M램, P램, Re램 등에 관련된 재료와 소자 원천기술을 집중적으로 연구중이다. 우리나라도 2004년부터 7년간 개발사업으로 한양대 차세대메모리개발사업단에서 전국 대학과 연구소의 반도체전문가가 모여 차세대플래시메모리 후보인 P램, Re램, 유기메모리 소자와 재료를 개발 중이며, 2009년부터 4년간 사업으로 수직형 STT-M램 개발을 수행 중이다.
차세대메모리를 둘러싼 치열한 세계 경쟁에서 우리나라가 주도권을 잡기 위해서는 먼저 여러 가능성이 있는 모든 후보 메모리 소자의 재료, 소자구조, 공정기술에 대한 핵심 원천기술을 확보해야 한다. 우리 기업은 미국 인텔, 일본 도시바 등에 매년 1조원 이상의 원천기술 특허료를 지불하고 있다. 핵심 원천 기술 확보를 위해선 대기업-대기업 공동 원천기술개발 프로젝트를 토대로 산ㆍ학ㆍ연이 공동 수행하는 연구체계가 필요하다. 대학과 연구소에서 여러 후보 메모리 소자의 신재료, 소자, 공정 기술에 대한 원천기술을 개발하고, 기업은 대학과 연구소에서 개발한 원천기술을 토대로 상용화 검증연구를 수행해 원천 특허 기술을 확보해야 한다.또 대기업-대기업 공동 산ㆍ학ㆍ연 산업원천기술개발 사업에 기업들이 적극 참여할 수 있게 하려면 정부의 제도 지원이 필요하다. 차세대 후보 메모리 소자에 대해 대학과 연구소에서 개발했다고 해도 기업이 상용화 단계에서 시장에서 요구하는 신뢰성을 확보하지 못하면 상품화하지 못하는 경우도 종종 발생한다.차세대 메모리 사업은 고위험, 고수익 사업이다. 따라서 기업이 상용화에 성공하면 기술료를 지불토록 하고, 상용화에 실패할 경우엔 기술료 징수를 면제해 주는 탄력적 `기술료 비징수 제도'가 필요하다.
또 정부 주도 아래 국제 공동연구가 추진돼야 하고, 국제 표준화 주도권도 잡아야 한다. 국제 연구기관간 공동 연구를 민간 기업이 주도할 수 없기 때문에 정부가 앞장서 타 국가와 공동연구 사업을 발굴하고, 재정을 지원해야 한다. 국내 산ㆍ학ㆍ연 차세대메모리 표준화 위원회를 구성하고, 국제적 차세대메모리 컨소시엄을 구성하는데 정부가 앞장서야 한다.
